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Prima Lezione di Logica

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Prima Lezione di Logica
Elementi di logica
SCOPO: introdurre nozioni di logica & vocabolario per una corretta interpretazione delle dimostrazioni.
♣ Quantificatori: elementi fondamentali del linguaggio matematico.
• ∀ quantificatore universale: “per ogni”
• ∃ quantificatore esistenziale: “esiste”
• ∃ ! quantificatore esiste unico: “esiste uno e uno solo”.
♣ Proposizione: frase di senso compiuto, della quale si può inequivocabilmente dire se è vera o falsa.
Indichiamo le proposizioni con le lettere P, Q, . . .
Esempi di proposizioni:
1. P1 : quest’aula contiene studenti di ingegneria
(proposizione VERA)
2. P2 : Brescia è una città di mare
(proposizione FALSA)
Una proposizione può essere VERA o FALSA, ma NON, contemporaneamente, vera e falsa
Una frase che non dà informazioni NON è una proposizione, ad esempio:
1. Che ora è?
2. Domani
(non è una prop.)
(non è una prop.)
♣ Predicato: frase contenente una o più variabili libere, ad es.:
P(x)
predicato dipendente da x
Q(x, y) predicato dipendente da x, y
Esempi:
1. P(x) =“L’intero x è un numero primo”
2. Q(x, y) =“Il numero x è maggiore di y”
I predicati NON hanno un valore di verità intrinseco: quest’ultimo dipende dai valori attribuiti alle variabili
libere. Con riferimento agli esempi 1 e 2 abbiamo:
P(2) V ,
Q(3, 27 ) F ,
P(4) F
Q(2, 15 ) V
(ove le lettere V e F stanno per VERA, FALSA).
• Un modo per trasformare predicati in proposizioni è tramite uno dei quantificatori.
Esempio:
P(x) = “nel luogo x piove”
1. Piove in ogni luogo: ∀ x : P(x)
2. Esiste un luogo in cui piove: ∃ x : P(x)
1
• Quando un predicato dipende da più variabili i quantificatori possono essere mescolati.
MAI invertire l’ ordine dei quantificatori in una proposizione! Può alterare il senso!
Esempio
Q(x, y) = “nel luogo x piove nel giorno y”
Allora:
1. In ogni luogo cè almeno un giorno in cui piove: ∀ x
∃ y : Q(x, y) (prop. VERA)
2. Esiste un giorno in cui piove in ogni luogo:
∃ y ∀ x : Q(x, y) (prop. FALSA)
♣ Connettivi logici: sono operatori che trasformano una o più proposizioni in altre proposizioni, il cui
valore di verità dipende dai valori di verità delle proposizioni di partenza. Qui di seguito gli elenchiamo:
non (NEGAZIONE)
trasforma P nella proposizione non(P) che ha valore di verità contrario a P.
• L’operatore di negazione, applicato due volte, si elide,
non(non(P)) = P
Date P e Q,
e (CONGIUNZIONE) ∧
PeQ è la proposizione nella quale valgono sia la prima, sia la seconda.
• PeQ è vera unicamente se sia P sia Q sono vere.
Date P e Q,
o (DISGIUNZIONE) ∨
PoQ è la proposizione nella quale vale almeno delle due.
• Quindi, PoQ è vera se almeno una fra P o Q è vera.
• Scrivendo PoQ, non escludo che siano vere entrambe.
Qualche esempio
P: “3 è un numero pari” FALSA
Q: “4 non è un numero primo” VERA
• non P: “3 non è un numero pari” VERA
• P ∧ Q: “3 è un numero pari e 4 non è un numero primo” FALSA
• P ∨ Q: “3 è un numero pari oppure 4 non è un numero primo” VERA
• non (P ∧ Q): “3 non è un numero pari oppure 4 è un numero primo”=( non P) ∨ ( non Q) VERA
• non (P ∨ Q): “3 non è un numero pari e 4 è un numero primo”= ( non P) ∧ ( non Q) FALSA
⇒
(IMPLICAZIONE)
Date P e Q, il connettivo ⇒ crea la proposizione P ⇒ Q, che si legge
2
• P implica Q
• se P, allora Q
Terminologie alternative per P ⇒ Q:
• P è condizione sufficiente per Q
• Q è condizione necessaria per P
Implicazione: un esempio (banale)
P: “Fido è un cane”
Q: “Fido è un mammifero”
P ⇒ Q: “Se Fido è un cane allora è un mammifero”
Con la terminologia alternativa:
• P è condizione SUFFICIENTE per Q: l’essere un cane basta per essere un mammifero.
• Q è condizione NECESSARIA per P: l’essere mammifero è un requisito indispensabile per essere cane,
ovvero se Fido non è un mammifero allora non può essere un cane.
Quindi:
[P ⇒ Q]
[non Q ⇒ non P]
equivale a
Un esempio matematico
Data f : I → R e x0 ∈ I:
f derivabile in x0 ⇒ f continua in x0
• La derivabilità in x0 è condizione SUFFICIENTE per la continuità in x0
• La continuità in x0 è condizione NECESSARIA per la derivabilità in x0 (ovvero se f NON è continua in
x0 allora f NON è derivabile in x0 ).
• Negare P ⇒ Q: significa negare che Q sia indispensabile per la validità di P, ovvero significa affermare
che P può valere (essere vera) quando non vale Q, cioè:
[non (P ⇒ Q)]
⇔
[Pe(non Q)]
• In generale:
P⇒Q
⇔
è DIVERSO da
Q⇒P
(DOPPIA IMPLICAZIONE)
Date P e Q, il connettivo ⇔ crea la proposizione
P ⇔ Q
=
(
)
P ⇒ QeQ ⇒ P
Si legge:
• P equivale a Q
• P è condizione necessaria e sufficiente per Q
• P se e solo se Q
3
N.B.:
P ⇒ Q ⇔ (equivale a) non(Q) ⇒ non(P)
♣ Negare proposizioni (predicati) contenenti connettivi: valgono le seguenti regole:
non(P e Q) = non(P) o non(Q)
Ad esempio: “Non è vero che entrambe le figlie del medico sono alte” = “Almeno una delle due figlie
del medico non è alta”.
non(P o Q) = non(P) e non(Q)
Ad esempio: “Non è vero che mio fratello, a cena, mangia carne o pesce” = “A cena, mio fratello non
mangia né carne, né pesce”.
non(P ⇒ Q) = P e non(Q)
Ad esempio: “È falso che Lucia, se prende correnti d’aria fredda, si ammala” = “Lucia prende correnti
d’aria fredda e non si ammala”.
♣ Negare proposizioni contenenti quantificatori
• non(∀) equivale a ∃ non
non(∀ x, P(x))
⇔
“non è vero che P(x) è vera per ogni x”
⇔
“c’è almeno un x per il quale P(x) è falsa”
⇔
∃ x : non(P(x))
Per negare che una proprietà sia verificata universalmente bisogna esibire un esempio in cui essa non sia
verificata: un controesempio.
• non(∃) equivale a ∀ non
non(∃ x : P(x))
⇔
“non è vero che esiste un x per cui P(x) è vera” ⇔
“per ogni x, P(x) è falsa”
∀ x : non(P(x))
♣ Teoremi
Un teorema è costituito da un enunciato e da una dimostrazione.
• L’enunciato ha
1. una IPOTESI (P, il punto di partenza)
2. una TESI (Q l’obiettivo da dimostrare)
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⇔
L’enunciato di un teorema si sintetizza con
P⇒Q
• Dimostrazione: procedimento logico per dedurre la tesi dall’ipotesi.
• Dimostrazione per assurdo: è un procedimento per dimostrare che
P
Q
⇒
Ipotesi
Tesi
L’equivalenza
[P ⇒ Q]
⇔
[non Q ⇒ non P]
viene utilizzata nella dimostrazione per assurdo: si parte dalla negazione della tesi e si cerca di arrivare
(tramite un processo deduttivo) alla negazione dell’ipotesi (il che è un assurdo, perché l’ipotesi P è vera!).
Dunque la negazione della tesi è falsa. Allora la tesi è vera.
Seconda forma della dimostrazione per assurdo:
È noto che l’Ipotesi P è vera e si vuole provare la veridicità dell’implicazione P ⇒ Q (quindi della Tesi Q). Si
parte ancora dalla negazione di Q e, attraverso una sequenza di deduzioni logiche, si perviene a dimostrare
la veridicità di una terza proposizione R che, a priori, è già noto essere FALSA (da cui l’ASSURDO).
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